Bilangan Kuantum: Pengertian, Bentuk dan Orbital Atom

bilangan kuantum
bilangan kuantum

Bilangan Kuantum – Ketika bersinggungan dan membahas kimia pertama kali, mungkin kamu telah mempelajari beberapa teori tentang atom yang cukup sederhana, misalnya teori John Dalton. Namun, perlu diketahui, teori atom dalam pembahasan kimia tidak berhenti sampai di situ saja. Seiring berjalannya waktu dan perkembangan teknologi, ada teori baru yang ditemukan, termasuk tentang atom.

Sebelumnya, mungkin kamu juga sudah mengetahui tentang teori atom Niels Bohr yang secara singkat mengatakan jika atom dapat bergerak mengelilingi sebuah inti atom pada lintasan tertentu. Apakah kamu masih ingat?

Nah, beberapa tahun kemudian, teori atom yang baru ditemukan. Teori ini disebut dengan teori kuantum yang muncul setelah sebelumnya ditemukan teori tentang dualisme partikel dan gelombang. Bisa dikatakan jika teori kuantum atom ini memberikan sebuah perubahan yang cukup kentara terkait model atom kimia.

Dalam teori kuantum, atom yang ada akan diproyeksikan dengan bentuk bilangan. Bilangan inilah yang kemudian disebut dengan bilangan kuantum. Mau tahu materi lengkap tentang bilangan kuantum, dan beberapa hal penting yang berkaitan dengannya? Simak pembahasan lengkapnya di bawah ini ya!

Pendahuluan

Secara singkat, bilangan kuantum diartikan sebagai sebuah bilangan yang mempunyai sebuah parameter khusus, di mana parameter tersebut digunakan untuk menjelaskan sebuah keadaan tertentu dalam sistem kuantum.

Teori tentang kuantum ini pada awalnya dikemukakan oleh seorang fisikawan terkenal bernama Erwin Schrodinger. Awalnya, teori ini disebut dengan istilah teori mekanika kuantum.

Dalam penelitiannya, Erwin Schrodinger berhasil menyelesaikan model atom hidrogen. Ia menggunakan sebuah persamaan gelombang hingga pada akhirnya ditemukan sebuah bilangan kuantum. Melalui bilangan kuantum inilah model atom, mulai dari orbital atom yang secara detail menggambarkan neutron serta elektron bisa diketahui bersamaan dengan perilaku atom tersebut.

Namun, perlu menjadi catatan bahwa model yang dihasilkan pada teori kuantum didasarkan ketidakpastian dari di mana letak elektron. Dalam model ini bisa dikatakan bahwa letak elektron akan berpindah-pindah menyesuaikan persamaan gelombang. Oleh karenanya, posisi elektron hanya bisa diketahui dari kemungkinannya.

Dasar yang diambil dari kemungkinan inilah yang membuat teori mekanika kuantum menghasilkan beberapa probabilitas atau kemungkinan elektron. Dari hal ini kemudian bisa diketahui tentang ruang lingkup elektron yang kemudian disebut dengan orbital tadi.

Memahami Bilangan Kuantum Lebih Lanjut

Perlu diketahui, secara mendasar, bilangan kuantum terdiri dari empat set bilangan. Bilangan yang dimaksud adalah sebagai berikut:

  • Bilangan kuantum utama (n)
  • Bilangan azimuth (l)
  • Bilangan magnetik (m)
  • Bilangan spin (s)

Untuk memahami makna dan detail dari masing-masing bilangan di atas, simak beberapa ulasan di bawah ini.

1. Bilangan kuantum utama (n)

Sebagaimana disinggung sebelumnya, bilangan kuantum utama berfungsi untuk mendeskripsikan karakteristik utama yang dapat dilihat dari sebuah atom atau yang sering disebut dengan tingkatan energi. Nah, dalam hal ini berlaku hukum bahwa semakin besar nilai bilangan, maka semakin besar nilai energi orbital yang akan dimiliki oleh sebuah atom.

Selain itu, kamu perlu tahu bahwa karena sebuah atom memiliki kulit minimal 1, maka detail bilangan kuantum nantinya dituliskan dengan menggunakan susunan bilangan bulat positif, yaitu mulai dari 1, 2, 3, dan seterusnya.

2. Bilangan kuantum azimuth (l)

Bilangan azimuth (l) adalah bilangan yang akan menggambarkan detail dari bentuk orbital yang dimiliki oleh sebuah atom. Dalam hal ini, bentuk orbital nantinya akan mengacu pada letak yang besar kemungkinannya bisa ditempati oleh elektron.

Berbeda dengan bilangan kuantum utama yang menggunakan bilangan bulat positif, dalam penulisannya, bilangan kuantum azimuth ditulis dengan cara mengurangi bilangan kuantum utama dengan satu. Dalam hal ini bisa dituliskan bahwa (l) = n-1.

Sebagai contoh, apabila ada sebuah atom dengan 3 kulit, maka bilangan azimuth dari atom tersebut adalah 2. Kesimpulannya, terdapat dua buah sub-kulit di mana bisa jadi ada elektron yang berada di sana.

3. Bilangan kuantum magnetik (m)

Selain menggunakan bilangan azimuth, orientasi dari orbital juga bisa diketahui dengan menggunakan bilangan kuantum magnetik yang dilambangkan dengan (m). Maksud dari orientasi orbital ini adalah posisi atau arah yang dimiliki oleh sebuah atom. Nah, dalam poin ini berlaku hukum jika orbital setidaknya memiliki plus dan minus dari nilai bilangan azimuth, yang dilambangkan dengan (m) = ±(l).

Sebagai contoh, jika sebuah atom memiliki bilangan (l) – 3, maka bilangan magnetik dari atom tersebut adalah (m) = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 atau atom tersebut memiliki sejumlah 7 jenis orientasi.

4. Bilangan kuantum spin (s)

Sebuah elektron akan memiliki sebuah identitas intrinsik. Identitas ini disebut dengan spin. Nah, identitas spin nantinya akan dijelaskan oleh sebuah bilangan agar lebih mudah dipahami. Bilangan inilah yang disebut dengan bilangan kuantum spin.

Bilangan kuantum spin memiliki dua nilai, yaitu spin positif dan spin negatif. Nilai ini juga disebut dengan istilah spin up dan spin down.

Bilangan kuantum spin hanya terdiri dari angka +1/2 dan -1/2. Misalnya saja, ketika sebuah bilangan kuantum memiliki bilangan spin +1/2, maka artinya elektron yang ada memiliki orientasi spin up.

Beberapa detail di atas adalah jenis bilangan kuantum yang perlu diketahui. Tentu, di samping memahami pengertiannya, kamu juga harus mengetahui bagaimana rumus dan keterangan detail mengenai masing-masing bilangan tersebut.

Orbital Atom

Sebelumnya telah dipahami bahwa orbital merupakan sebuah ruang dan tempat yang mungkin bisa ditempati oleh sebuah atom. Perlu diketahui, atom memiliki dua buah ruang. Kedua ruang inilah yang kemungkinan akan ditempati oleh kumpulan elektron.

Selain itu, atom memiliki sub-kulit yang berbeda-beda. Sub-kulit yang diketahui adalah s, p, d, dan juga f. Perbedaan yang ada pada detail sub-kulit tersebut nantinya akan membuat bentuk orbital juga menjadi berbeda-beda.

Konfigurasi Elektron

Hal lain yang perlu dibahas terkait materi bilangan kuantum adalah konfigurasi elektron. Konfigurasi elektron ini secara singkat merupakan susunan elektron yang terdapat di dalam orbital-orbital atom.

Terkait konfigurasi elektron, ada tiga aturan baku yang perlu dipahami dengan baik, yaitu:

1. Asas Aufbau

Aturan baku terkait konfigurasi elektron adalah asas Aufbau. Ini adalah aturan penyusunan di mana elektron mengisi orbital dengan tingkat energi rendah terlebih dahulu.

2. Larangan Pauli

Umumnya, elektron akan tersusun dari tingkat energi orbital yang rendah menuju yang paling tinggi. Namun, dalam hal ini, Pauli mengatakan jika tidak mungkin ada dua elektron yang tersusun dan memiliki bilangan kuantum yang sama. Oleh karenanya, setiap orbital nantinya hanya akan diisi oleh dua jenis elektron dengan spin berlawanan.

3. Kaidah Hund

Kaidah Hund mengatakan bahwa jika sebuah elektron mengisi orbital dengan tingkat energi yang sama, maka penempatan elektron akan dimulai dari elektron spin up di orbital dengan energi rendah, baru kemudian diikuti dengan penyusunan elektron spin down.

Nah, demikian beberapa hal terkait bilangan kuantum yang perlu kamu ketahui. Pahami konsep-konsep di atas agar pemahaman kamu tentang atom semakin bertambah!